大二層網絡實現技術的探討

雷鳴,何旸,劉毅娟,劉曉麗（華北理工大學冀唐學院,河北唐山063000）

大二層網絡實現技術的探討

雷鳴,何旸,劉毅娟,劉曉麗
（華北理工大學冀唐學院,河北唐山063000）

摘要：大二層網絡可以分為虛擬交換機技術和隧道技術。隧道技術可以使用現有設備，有效節省資金，并且對網絡的物理結構改變不大，可以降低網絡建設人員的工作量。

關鍵詞：大二層網絡;實現技術;單播數據幀

隨著云計算的興起，大數據傳輸等應用得到了快速發展，虛擬服務器等技術也日漸成熟。但是實現這些應用需要高速、穩定的網絡環境來支持。大二層網絡結合了二層網絡結構簡單和三層網絡模塊化思想的優點，可以為上述應用提供很好的支持。

1大二層網絡的概念及特點

大二層網絡是符合扁平化架構、支持大規模虛擬化的二層網絡結構。

大二層網絡特點：支持擴充數據中心內部網絡。使用二層網絡構架和VLan的延伸，完成虛擬機在數據中心的網絡內的大范圍動態遷移。它具有以下特點：（1）高效轉發；（2）有效避免環路；（3）網絡震蕩快速收斂；（4）部署方便；（5）支持多租戶；（6）平滑遷移。

2主流大二層網絡技術

流行的大二層網絡技術有虛擬交換機技術和隧道技術。下面將做分別說明。

2.1虛擬交換機技術

虛擬交換機的構架思路很簡單，是包含于工程體系中的。通過將相互冗余的設備或鏈路進行合并操作來，使其變成一個單一的設備或者鏈路，解決由于使用冗余設備和冗余鏈路來構建網絡，二層網絡形成的環路的問題[1]。到目前，交換機技術已經發展到了一個相當成熟的階段，無論是低端的盒式交換機還是高端的框式交換機的使用都十分廣泛，并且技術成熟，設備穩定性好。所以，現在使用的大二層網絡，最常見的就是基于虛擬交換機技術來實現的。

H3C公司研發的IRF技術、Cisco公司研發的VSS技術都是虛擬交換機技術的代表。按其網絡廠商的宣傳來說，只需升級交換機軟件即可支持虛擬交換機，應用成本低、部署簡便[2]。但是目前這些不同的技術都只遵循各個網絡廠商的私有協議，只有同一廠商，并且是同一系列的產品才能實現虛擬化。實際上，很少有用戶能夠做到所有網絡設備都屬于同一廠商、同一系列。所以，對于經費并不充足的高校來說，部署虛擬交換機的成本還是比較昂貴。

2.2隧道技術

隧道技術的構架思路為“借網打漁”，是包含于技術體系中的。使用冗余設備和冗余鏈路來構建網絡，二層網絡形成的環路的問題是不可避免的。如果是三層網絡結構，那么這種環路是不回產生的。因此，可以使用三層網絡結構來構建二層網絡，使其可以做到虛擬機大范圍動態平滑遷移。

將另外的幀頭添加到二層（OSI）的報文之前，并使用路由計算方式來轉發所有數據，不單單可以防止廣播風暴，還可以做等價鏈路（ECMP）。這樣擴充二層網絡將不在受到核心交換機的數量、冗余鏈路的約束。

TRILL技術和SPB技術是隧道技術的代表。二者都是借用了IS-IS路由協議的計算模式和轉發模式來大規模擴展二層網絡。此種方案可以和現有的傳統三層網絡有機結合起來，所用資金較少。鑒于此，本課題采用了TRILL技術進行組網。

2.3TRILL技術原理和組網特點

多鏈接透明互聯（TransparentInterconnectionofLotsofLinks， TRILL）的標準是由互聯網工程任務組（InternetEngineeringTaskForce，IETF）制定的。通過對IS-IS路由協議進行擴充來完成二層路由的功能。相關過程如圖1所示。

圖1TRILL路由過程圖

（1）路由網橋（RoutingBridge，簡稱RBridge）用來運行TRILL協議的網橋（Bridge），是一種網橋設備，它具有路由轉發功能。使用路由網橋構建的網絡叫做TRILL區域（trillcampus）。

（2）路由網橋使用IS-IS協議中的鏈路狀態協議來識別TRILL區域的拓撲結構。用最短路徑樹算法計算路由轉發表（trill路由表）。TRILL區域內的路由網橋使用終端地址交互協議（EndStationAddressDistributionInformation，ESADI）相互學習，分析物理地址，最后生成物理地址表。

（3）當路由網橋接收到一般的以太數據幀時，就會對比物理地址表，如果這個物理地址源來自某個邊緣路由網橋，也就是TRILL域外時，就會自動把其轉化成TRILL數據幀在TRILL域內發送。

（4）當路由路由網橋收到TRILL數據幀時，先判斷這個數據幀的目的地是不是它自己，如果是，就解析數據幀的TRILL報頭得到最初的數據幀再進行轉發。如果目的地不是自己，就忽略這個TRILL數據幀。

上面所述為TRILL的單播數據幀的轉發原理，即使用三層（OSI）路由的鏈路狀態發現協議來實現二層（OSI）轉發技術的TRILL，把一般網橋，加工成具備路由功能的網橋（RoutingBridge）。

（5）為了避免廣播風暴造成的網絡癱瘓，TRILL協議引入了一個新的成員TTL。TTL的初始值一般都是系統默認的值，代表著這個數據包在被扔掉以前所經過的路由器的數量，一般為小于255的十進制數。每當數據包經過一個路由器，TTL就會做減一操作，當TTL與零相等時，則這個數據包就會被扔掉。當產生廣播風暴時，也會因TTL逐漸降低直至為零被丟掉而結束廣播風暴。

使用TRILL技術能夠很好地為云計算、大數據傳輸、虛擬服務器等應用提供高速、穩定的網絡支持。

參考文獻：

[1]張為民,唐劍鋒,羅治國.云計算：深刻改變未來[M].科學出版社,2009:54.

[2]王慶波,何樂.虛擬化與云計算[M].電子工業出版社,2009:27-35.